树脂基碳纤维智能层电测混凝土表面裂缝宽度

针对国内现行建筑和路桥规范对混凝土结构表面裂缝宽度的控制要求,根据碳纤维智能层的力电传感特性,采用单调三点弯拉静力加载制度,以试件梁的挠度进行加载控制,对带有预制裂缝的混凝土梁试件表面裂缝宽度变化进行检测试验.研究结果表明:树脂基碳纤维智能层传感器可感知混凝土粱裂缝宽度的变化;随着荷载的增大,裂缝宽度增大,碳纤维智能层的电阻也发生相应变化,而在混凝土裂缝宽度0～1.0 mm时,碳纤维智能层的电阻随裂缝宽度的增大呈线性增大趋势;树脂基碳纤维智能层对裂缝宽度变化的敏感性存在差异,但是,混凝土表面裂缝宽度在0～0.5 mm之间变化时,碳纤维智能层的电阻在2～4Ω之间变化,其离散性不大,且线性关系好,可满足国内现行规范允许混凝土表面无害裂缝宽度0～0.3 mm的检测要求.     

树脂基碳纤维智能层检测混凝土梁裂缝

针对现行规范对混凝土结构裂缝宽度的控制要求,根据碳纤维智能层的传感特性,采用单调弯拉的试验方法,并对无预制裂缝的混凝土梁试件裂缝是否产生进行判断试验,对有预制裂缝的混凝土梁试件表面裂缝宽度进行检测试验.试验结果表明:碳纤维智能层可通过其电阻的突变感知混凝土梁初始裂缝的发生;在试件表面缝宽度为0~0.6 mm时,碳纤维智能层的电阻随试件表面裂缝宽度的增大而呈线性增大的变化规律.     

水泥基碳纤维智能层检测混凝土梁的试验研究

为研究水泥基碳纤维复合材料的应变传感特性,对带有预制裂缝的混凝土梁试件进行三点弯曲试验。试验结果表明:水泥基碳纤维智能层传感器可感知混凝土梁平均应变的变化;且其与弯拉荷载呈线性变化关系。在压阻效应第一阶段,短切碳纤维发生重新搭接而使得水泥基智能层的电阻变化率随平均应变的增加而急剧增加;在压阻效应第二阶段,水泥基智能层形成新的导电网络其电阻变化率基本趋于稳定;且与梁的平均应变有很好的线性一致性。因此,可通过监测水泥基智能表层电阻变化率来监测梁的平均应变,从而达到检测裂缝宽度的要求。     

智能CFRP加固RC梁荷载效应模拟与测评

将布拉格光栅光纤（FBG）传感器固化于碳纤维复合材料（CFRP）试件中，构成智能CFRP，试验结果表明：FBG传感器与CFRP相容性良好；FBG传感器与传统电阻应变片具有理想线性关系，FBG的应变传感特性精确稳定．制备4根CFRP加固RC实验梁，并在受拉钢筋、压区混凝土及底部加固CFRP中预置了FBG传感器．根据FBG传感原理、钢筋混凝土理论和Ansys有限元软件编制RC梁荷载效应模拟程序．对实验梁进行弯曲加载实验．根据置入CFRP中FBG传感器的监测应变值，应用有限元模拟计算程序得到梁实时模拟荷载及诸项荷载效应模拟值．结果表明：受拉钢筋与压区混凝土实时模拟应变与传感器实测应变相符合，模拟挠度与实测挠度也相符合，模拟实时荷载与实际荷载基本一致．从而达到集加固与测评双重功能于一体的目的。     

PVA-FRCCs粘贴式薄板单轴直接拉伸试验研究

为了研究切口大小、水泥标号、粉煤灰掺量对聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(简称PVA-FRCCs)拉伸力学特性的影响,采用矩形薄板试件,在试件端部用环氧树脂贴一层碳纤维布或者玻璃纤维布,然后粘贴上楔形钢板进行端部加固避免应力集中破坏;采用MTS疲劳试验机控制系统,利用等速位移控制,得到了稳定的拉伸应力-应变全曲线.通过比较切口和无切口直接拉伸试件在起裂荷载、峰值荷载及其对应的应变差异发现:切口较小时,差异不大,但切口较大时,起裂荷载和峰值荷载都降低,起裂荷载对应的应变变化不大,但峰值荷载对应的拉应变和抗拉韧性值A都增加.说明两边有较小切口时反而有利于多条裂缝开展,小切口并不影响裂缝的开裂形态,起始裂缝发生的位置和无切口试件相同,一般不出现在切口处,但当切口长度较大时,裂缝开裂形态受开口影响较大,起始裂缝一般出现在切口处.     

预应力碳纤维布加固效果试验研究

通过预应力碳纤维布加固试验梁试验,模拟预应力混凝土旧桥加固方法,试验过程采用分级加载方式,对试验梁加固前后各级荷载作用下控制截面的应变、位移和裂缝宽度进行详细加载测试。试验结果表明,预应力碳纤维布加固方法兼具体外预应力和普通碳纤维布两种主、被动加固方法的优点,能够有效降低开裂结构控制截面的应变、挠度和裂缝宽度,提高结构刚度和耐久性,延长桥梁使用寿命。     

预应力碳纤维加固桥梁结构疲劳性能试验研究

通过对两组不同预应力水平碳纤维布加固梁分别进行单调静载试验与疲劳试验研究,考察了各级荷载作用下裂缝开展、应变和挠度的变化情况,并得到了开裂荷载、屈服荷载及极限荷载.结果表明:随着碳纤维布预应力水平的提高,裂缝宽度变小,长度变短,挠度也有较大程度的降低;开裂荷载,屈服荷载与极限荷载均有了不同程度的提高.     

CFRC梁在三点弯曲荷载作用下电阻与CMOD关系

研究了不同碳纤维掺量的CFRC(碳纤维水泥基材料)梁在三点弯曲荷载作用下其电阻变化与CMOD(裂缝口张开位移)的关系.试验研究发现,峰值荷载前CFRC梁的电阻-CMOD曲线均出现明显的转折点.当碳纤维掺量为胶凝材料质量的0.1%时,电阻-CMOD曲线表现出三个不同的变化阶段,其中第一个转折点接近峰值荷载点.而碳纤维掺量达到胶凝材料质量的0.2%和0.3%时,电阻-CMOD曲线则呈现两个变化阶段,并且转折点随着碳纤维掺量的增加逐渐远离峰值荷载点.电阻-CMOD曲线的第二阶段为线性变化过程,其中碳纤维掺量为0.2%时,CFRC材料的灵敏系数最高.     

不同纤维增强水泥基复合材料的基本力学性能研究

开展了使用6种不同纤维配置纤维增强水泥基复合材料ECC的基本力学性能研究.探讨了纤维直径、纤维长度及纤维种类对纤维临界体积率的影响.通过4点弯曲试验,量测了不同掺量及不同种类纤维制成的ECC试件荷载-跨中截面挠度曲线,观测了破坏形态及裂缝分布、开展情况.试验结果表明,纤维直径是临界体积率的主要影响因素,且与临界体积率呈线性关系.使用碳纤维CF、玄武岩纤维BF制备的ECC试件,破坏时没有呈现出多点开裂现象,为脆性破坏.使用聚乙烯醇纤维PVA和聚丙烯纤维PP制备的试件表现出了良好的延展性,其应变硬化指数和韧性指数均较高.PP纤维制备的试件破坏时裂缝数量少,最大裂缝宽度相对较宽,而PVA纤维制备的试件破坏时裂缝数量多,最大裂缝宽度较小.     

装配式墩头锚固预制楼板力学性能研究

针对装配式钢结构楼板体系,设计研发了墩头锚固预制楼板及其连接件,并进行了1个墩头锚固预制楼板试件和1个现浇楼板试件的静力加载试验.试验结果表明预制楼板为受弯破坏,主要裂缝出现在钢筋墩头和垫板所在位置;现浇楼板为受弯破坏,主要裂缝出现在钢梁边缘与楼板交界处.分析了两个楼板的竖向荷载-跨中挠度曲线、割线刚度-跨中挠度曲线、整体挠度曲线和荷载应变曲线.钢筋墩头锚固可靠,预制楼板可以传递支座负弯矩,设计时可以按照连接板考虑.将试验结果与理论计算结果进行对比,发现理论计算结果与现浇楼板试验结果拟合较好,预制楼板的开裂荷载和极限荷载较理论值小,建议进行预制楼板设计时考虑一定的折减系数.     

碳纤维机敏混凝土梁弹性应力自监测实验研究

基于碳纤维混凝土材料的压力机敏性,采用两电极法研究了CFRC梁构件弹性应力自监测的规律．循环荷载实验结果表明,试验梁受压区CFRC弹性应力状态开始变化时,其电阻变化率存在滞后反应现象,但在随后的应力状态变化过程中该滞后反应消失,且电阻变化率与弹性压应变基本保持一定的线性相关关系．测试结果具有良好的可重复性．基于实验所得CFRC电阻变化率与弹性压应变的相关曲线,可实现碳纤维机敏混凝土梁控制截面的弹性应力自监测．     

钢板和碳纤维布加固不同损伤状态下受弯构件的荷载试验研究

基于钢板加固和碳纤维布加固完好状态下和正常使用极限损伤状态下的受弯构件的破坏荷载试验,研究钢筋混凝土受弯构件在采用粘贴钢板加固和粘贴碳纤维布加固措施后,其挠度、裂缝及应变等的发展变化规律.对比分析完好状态下和正常使用极限损伤状态下采用不同的加固方式,受弯构件极限承载力提高幅度的差异并将受弯构件的其他力学控制指标进行对比分析,综合检验评定其加固效果.试验结果表明:两种加固措施对提高在不同损伤状态下的钢筋混凝土受弯构件的抗弯承载力都具有显著效果,但完好情况下的加固效果优于受损情况,钢板加固措施优于碳纤维布加固.     

利用水平外力总功研究PVA纤维增强水泥基复合材料韧性

为了研究对比PVA纤维、玻璃纤维、钢纤维水泥基复合材料和高强(钢纤维)混凝土的韧性,采用楔入劈拉法利用荷载与裂缝张口位移曲线(P-WCMOD)下包围的面积值并考虑夹具影响后水平外力做的总功作为评价指标进行对比.实验结果表明:水泥基体发生脆性断裂,从加载到试件破坏P-WCMOD曲线一直呈线性;高强(钢纤维)混凝土和钢纤维、玻璃纤维水泥基复合材料发生半脆性断裂,P-WCMOD曲线在峰值荷载附近有较小的非线性区;而在PVA纤维增强水泥基复合材料(PVA-FRCCs)中观察到韧性断裂,在P-WCMOD曲线中出现明显的假应变硬化现象;脆性和半脆性材料的试件从起裂到破坏,预制缝端部仅出现一条裂缝,且最终沿这条裂缝贯通,对于PVA-FRCCs,预制缝端出现多条细小裂缝,并最终沿着主裂缝贯通.比较几种材料的水平外力总功值可知,PVA-FRCCs韧性最好,钢纤维混凝土次之,钢纤维水泥基复合材料稍差,玻璃纤维水泥基复合材料最差.     

碳纤维布加固梁柱式胶合木结构抗侧性能试验

为研究震损梁柱式胶合木结构在节点外包碳纤维布加固后的抗侧力性能,对3榀单层单跨梁柱式木框架足尺试件进行了低周反复加载试验.试验首先通过低周反复加载模拟框架结构的地震损伤,其后用碳纤维布进行节点加固,并进行与前期相同的低周反复加载试验.结果表明,碳纤维布加固方法可以有效抑制裂缝开展,恢复受损结构的强度、刚度、延性等抗侧力性能,改善耗能能力.     

激波作用下碳纤维混凝土的压敏性试验研究

对圆柱形碳纤维混凝土试样,在激波管上进行了冲击作用试验,研究试样在激波作用下的压敏性。试验结果表明,相比60 mm长的试样,电容更大的40 mm长试样在激波作用下其电阻变化的初始阶段出现了暂态效应,验证了试样电容决定暂态效应的严重程度,并且荷载的大小对暂态效应也有影响。在激波阶跃压力持续时间段,两种长度尺寸的试样的电阻变化均出现相应的稳定平台。在相同压力作用下,长度较大的试样电阻变化更大。试样的电阻变化能较好地反映试样的受载情况。     

混凝土结构层间力学性能的电学表征

以由碳纤维布作为界面层的混凝土及碳纤维混凝土为例,根据混凝土层间接触电阻的变化,对剪切荷载及弯曲荷载作用下的混凝土界面粘接性能及剪切强度进行电学参数变化实验.实验结果表明:素混凝土层间接触电阻随着层间粘接松动而增大,当发生粘接破坏时,则急剧增大;碳纤维混凝土层间接触电阻随着剪切强度的增大而增大,发生剪切破坏时,则急剧增大;碳纤维混凝土层间接触电阻的敏感性比素混凝土层间接触电阻对界面粘接及剪应力的敏感性要好,低应力作用下,碳纤维混凝土层间接触电阻随应力明显变化.     

碳纤维机敏水泥基材料性能研究

研究了掺有碳纤维的水泥基复合材料的导电机理和在轴向压力下的压阻特性。结果表明：碳纤维水泥基复合材料的导电性有较显著的压力依赖性。在低应力水平下电阻随压力增加而降低，在较高应力水平下则随应力增在而升高，呈现所谓的“电阻负压力系数（NPCR）和正压力系数（PPCR）”效应。在循环荷载作用下，电阻的变化呈现Kaiser记忆效应。电阻的压力依赖性，被认为与碳纤维在水泥基体中形成的导电网络在荷载作用下的破坏与重组有关。     

CFL增强RC梁挠度分析

碳纤维薄板(CFL)加固RC梁技术已成功地应用于桥梁工程.该方法的关键科学问题之一是疲劳荷载下增强梁的变形规律.结合一系列疲劳试验,给出了挠度的发展规律,提出界面疲劳裂缝扩展寿命的预测方法.分析结果表明:构件挠度扩展主要分为三个阶段:快速增加、稳定扩展、失稳扩展,其中第二阶段是构件疲劳寿命的主要阶段,在此阶段挠度缓慢增加,增加量与加载次数成线性关系.采用理论与实验相结合的方法给出了疲劳荷载下挠度的计算公式和疲劳寿命的预测公式,可以较好地符合试验结果.